JPH0797235B2

JPH0797235B2 - 反転画像形成方法

Info

Publication number: JPH0797235B2
Application number: JP61260296A
Authority: JP
Inventors: 浩之末松; 岡戸　　謙次; 正良嶋村; 廣行小林; 充内田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-10-31
Filing date: 1986-10-31
Publication date: 1995-10-18
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPS63113551A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は乾式現像剤を用いて現像剤担持体上に少量の磁
性粒子のブラシを形成して現像に供するための現像方法
に関し、特に静電潜像の非画像部にトナーを付着させ可
視像とする、いわゆる反転現像方法に関する。

［従来の技術］従来、乾式現像方式としては各種方法が提案され、また
実用化されている。

例えば、２成分系現像剤を用いた現像方法では現像ロー
ラー上に塗布された該現像剤によって潜像の画像部を現
像する場合、現像剤中のトナーは、現像ローラー上に塗
布された現像剤の内数パーセント以下しか使用していな
い。このことは現像器構成から考慮して非常に効率の悪
いものである。なぜならば所定の十分な現像濃度を得る
ために、多量の現像剤を現像ローラーが回転毎に現像ロ
ーラー上に一定量かつトナー濃度を均一にして塗布する
必要があるためである。このため現像器構成を大型化・
複雑化していた。もちろんこの種の現像方式においても
現像効率の向上は試みられた。たとえば本出願人は特開
昭55-32060，55-133058，56-70560を提案し、かつNP-85
00複写機に実用化されている。これによれば、現像濃度
をあげることができ、現像効率を上昇することができる
ものの、画像部において100％に近い現像効率を達成す
るには至らず、この種の現像方法はいまだ改善の余地を
残している。

また、キャリアのスペント化等の劣化による現像剤の寿
命にも、さらなる改善の余地を残している。

現像効率の向上という点では、１成分現像方法の方が２
成分現像方法よりも優れている。その中でも特に本出願
人が先に出願した、特開昭54-43037では、現像ローラー
上に200μｍ以下のトナー薄層を形成し、スリーブ上に
塗布したトナーを画像部においてほぼ100％に近い現像
効率で現像している。このため現像器構成を小型化・簡
略化して実用化することができた。これは現像ローラー
上に200μｍ以下という薄層を形成することができたた
め達成されたものである。しかし、１成分現像、２成分
現像いずれかの現像方式においても乾式現像剤の薄層を
形成することは極めて難かしく、このため１成分現像に
おいても本出願人以外は比較的厚い層の形成で現像装置
を構成している。画質の点からも現像画像の鮮明度、現
像力等の向上が求められている現在、乾式現像剤の薄層
形成方法及びその装置に関する開発は必須となってい
る。

ところで、上述の本出願人の方法は、磁性トナーの薄層
形成に関するものであった。磁性トナーは磁性を持たせ
るためトナー内に磁性体を内添しなければならず、これ
は転写紙に転写した現像像を熱定着する際の定着性の悪
さ、トナー自身に磁性体を内添するため（磁性体は通常
黒色である）そのカラー再現の際の色彩の悪さ等の問題
点がある。

このため非磁性トナーの薄層形成方式としてビーバーの
毛のような柔い毛を円筒状のブラシにして、これにトナ
ーを付着塗布する方法や、表面がベルベット等の繊維で
作られた現像ローラーにドクターブレード等により塗布
する方式が提案されている。

しかしながら、上記繊維ブラシにドクターブレードとし
て磁性体ブレードを使用した場合、トナー量の規制は可
能であるが、均一な塗布は行われず、現像ローラー上の
繊維ブラシを摺擦するだけで、ブラシの繊維間に存在す
るトナーへの摩擦帯電電荷付与は行われないため、かぶ
り等の発生しやすい問題点があった。

また、磁性トナーは磁力を利用してトナーの飛散を防止
することが容易にできるが、非磁性トナーは磁力を利用
することができず、トナーの機内飛散を生じやすかっ
た。上述の不都合な点は、コピー時のみならず、装置の
搬送時にも振動や衝撃が与えられた場合にも生じるもの
であった。

本件出願人は上述の従来方法と全く異なる現像装置とし
て、非磁性トナーと磁性粒子を用い、トナー担持部材に
対して磁性粒子拘束部材を設け、該保持部材表面の移動
方向に関し、磁性粒子拘束部材の上流に磁界発生手段の
磁気力によって磁性粒子の磁気ブラシを形成し、磁性粒
子拘束部材によって磁気ブラシを拘束し、非磁性トナー
の薄層をトナー保持部材上に形成する方法を既に提案し
た（特開昭58-143360）。この方法により、現像部にお
いて潜像保持体とトナー担持体との間隙をトナー層厚よ
りも広く設定し、交番電界を印加することによって潜像
保持体表面に非磁性トナー現像画像を得る方法を実用化
した。これにより、現像効率が極めて高く、小型・簡素
な現像器構成でカラー現像像を得ることができる様にな
った。特に２成分磁気ブラシ摺擦現像において、ベタ画
像部に発生する摺擦跡が無く良質のベタ画像が得られた
のである。

しかし、プリンター、マイクロフィルムリーダープリン
ター等への電子写真方式の適用が活発化しつつある社会
情勢の中で、反転現像方式によりマッチングした現像方
式および現像剤の要求が高まっている。すなわち、静電
潜像の非画像部にトナーを付着させ可視像とする、いわ
ゆる反転現像法においては、その特殊性ゆえにトナーの
より均一な静電荷保持より効率の良い現像方式および現
像剤が要求されている。また、従来の非磁性トナーの反
転現像法に見られないような長寿命の反転現像方式およ
び現像剤が要求されている。

［発明が解決しようとする問題点］本発明は上述の従来の事情に鑑みなされたもので、現像
効率が極めて高く、かつ従来現像方式および現像剤に優
るとも劣らない反転現像画像を得ることができる反転現
像方式の提供を目的とする。

本発明の更なる目的は、いかなる環境においてもトナー
と磁性粒子、現像剤担持体間の帯電が滑らかに行なわ
れ、トナーの帯電が均一化し良好な反転現像が行なわれ
ることで画像が安定化する反転現像方式を提供すること
にある。

さらに本発明の目的は、いわゆるスペント化等の劣化の
ない、長寿命の反転現像方式を提供することにある。

［問題点を解決するための手段及び作用］すなわち、本発明は、潜像を保持するための潜像保持体
と対向する現像剤担持体の現像領域で、現像剤担持体と
潜像保持体との間に交番電界を付与しながら潜像を非磁
性トナーで反転現像する反転画像形成方法において、真比重が６以下であり、かつ電気的絶縁性樹脂で被覆さ
れている最大磁化50〜90emu/gの磁性粒子によって、現
像剤担持体の現像領域に該磁性粒子の存在量が５〜80mg
/cm²となるように現像剤担持体表面上に磁気ブラシを形
成し、現像領域で、潜像保持体と磁気ブラシとを接触させなが
ら、現像剤担持体表面からシリコーンオイルで処理され
たシリカ微粉体を有する非磁性トナーを潜像保持体へ移
行させ、さらに、該磁気ブラシ表面からシリコーンオイ
ルで処理されたシリカ微粉体を有する非磁性トナーを潜
像保持体へ移行させ、潜像を非磁性トナーで反転現像することを特徴とする反
転画像形成方法に関する。

ここで言う非磁性トナーとは、外部磁界5000ｅで、10
emμ/g以下の磁化しか示さない、実質的に磁性トナーと
して挙動できないトナーを指す。

反転現像方式とは、潜像保持体上に形成された静電荷像
のうち、非画像部にトナーを付着させる方式であり、現
像剤担持体を潜像保持体との間の相対的な電位関係は、
正規の現像方式と何ら変わるところはない。しかしなが
ら、潜像電位やトナーの静電荷の絶対値をみると、かな
り無理な現像を強いられていることが了解できる。例え
ば、正規現像方式においては、＋100Vにレベル設定した
現像剤担持体上の−20μC/gの静電荷を有するトナー
を、＋600Vの潜像内画像部に付着させ、＋50Vの潜像内
非画像部には付着させないように現像を行なう訳であ
り、クーロンの法則に従った現像が可能である。しかる
に、反転現像方式においては、＋550Vにレベル設定した
現像剤担持体上の＋20μC/gの静電荷を有するトナー
を、＋50Vの潜像内非画像部に付着させなければならな
い。すなわち、どちらの現像法も、相対的には電位差55
0Vの現像であるが、潜像とトナーとの付着性に関しては
前者はクーロンの法則からいって無理がなく、後者はそ
れに反することがあり得るわけである。このような不可
避の特徴より、反転現像方式に要求される特性として下
記のようなことが挙げられる。すなわち、（イ）現像剤担持体から潜像上のトナーの移行がスム
ーズであること。潜像へのトナー付着が決してクローン
力だけでは決定できないため、トナーの移行がスムーズ
でないと、画像部と非画像部との差がつきにくく、画像
反射濃度低下やカブリの増加という現象が出やすい。

（ロ）トナーの保持静電荷が均一かつ安定であるこ
と。また、そのようにトナーを帯電させうる機構を備え
ていること。トナーの静電荷量に乱れが多いと、（イ）
の事項の達成が困難となる。

以上のような特性を満足し、かつ小型で簡便な非磁性ト
ナーの現像方式およびそれに供する現像剤に関して本発
明者らは鋭意検討した結果、現像部において、明確な現
像磁極を形成し、局部的に集中した現像を行なうこと、
１成分系現像方式においては、トナーへの摩擦帯電付与
が主としてスリーブ表面との間で行なわれるため、実質
的にスリーブ表面積を増大させること、等によりトナー
への摩擦帯電付与の安定化、スリーブ上へのトナー供給
の安定化が達成され、反転現像への適応性が向上するこ
とを見い出したのである。さらに、本発明において用い
られる現像剤は、本現像方式に適用するに及んで、トナ
ーと磁性粒子との、あるいはトナー担持体との付着、離
型、帯電等の相互作用を適切に調整することにより、ト
ナーの飛翔現像能力を最大に発揮せしめ、良好な反転画
像が長期に渡り安定して供給できることを見い出したの
である。

以下、ａ）現像方法の説明ｂ）現像メカニズムの詳細ｃ）材料の構成の順で説明する。

ａ）現像方法の説明以下、実施例に沿って、本反転現像方式を説明する。第
１図は、本発明に用いる現像装置の一例である。第１図
において、３は潜像保持部材、21はトナー供給容器、22
は非磁性スリーブ、23は固定磁石、24は磁性または非磁
性ブレード、26は磁性粒子循環域限定部材、27は磁性粒
子、28は非磁性トナー、29は現像剤捕集容器部、30は飛
散防止部材、31は磁性部材、32は現像領域、34はバイア
ス電源を示す。スリーブ22は、ｂ方向に回転し、それに
伴い、磁性粒子27はｃ方向に循環する。それによってス
リーブ面と磁性粒子層との接触・摺擦が起こり、スリー
ブ面上に非磁性トナー層が形成される。また、磁性粒子
は、ｃ方向に循環しつつも、その一部が、磁性または非
磁性ブレード24とスリーブ22との間隙によって所定量に
規制され、非磁性トナー層上に塗布される。すなわち非
磁性トナーは、スリーブ表面と、磁性粒子表面との両方
に塗布される構成となり、実質的にスリーブ表面積を増
大したのと同等の効果が示される。このことより、該磁
性粒子は従来のトナーへ摩擦帯電を付与する役目のキャ
リアとは異なるものであることが明白である。そのた
め、スペント化等の現像剤劣化は基本的にあり得ない。

また、現像領域32においては、固定磁石23の磁極の１つ
を潜像面に対向させることにより、明確な現像極を形成
し、交番電界によってスリーブ上及び磁性粒子からトナ
ーを飛翔反転現像する。（この現像については後述す
る。）現像後磁性粒子及び未現像トナーはスリーブの回
転と共に現像容器内に回収される。

スリーブ22は紙筒や合成樹脂の円筒でもよいが、これら
円筒の表面を導電処理するか、アルミニウム・真ちゅう
・ステンレス鋼等の導電体で構成すると現像電極ローラ
ーとして用いることができる。

本発明で用いる磁性粒子としては、交番電界によるスリ
ーブと潜像保持体間との放電を除去するためには、電気
的に高抵抗であることが望ましく、電気絶縁性樹脂で表
面を全部または一部被覆されていることが好ましい。こ
こでいう電気絶縁性とは10⁸Ω・cm以上を指す。

さらに、本発明で用いられる磁性粒子は、それにより構
成される磁気ブラシが交番電界により軽快に挙動でき、
しかも外部飛散が防止できるべく、比重の小さく、かつ
適度な最大磁化を有するものが望ましく、具体的には真
比重６以下、かつ最大磁化50〜90emu/gであることが望
ましい。

本発明での磁性または非磁性ブレード24の下流側スリー
ブ表面での磁性粒子の塗布量は、磁気ブラシとスリーブ
22表面の両者を充分活用するためには５〜80mg/cm²、好
ましくは10〜60mg/cm²程度の少量であることが望まし
い。前記スリーブ表面上の磁性粒子の存在量が多すぎる
場合、ブレード24による規制力が弱まり、スリーブと磁
性粒子の摺擦力が低下してしまい、トナーへの帯電付与
を滑らかに行なうことができない。更に、トナーの飛翔
現像時に磁性粒子も同様に飛翔してしまい、潜像保持体
３上に付着してしまう欠点がある。反対に磁性粒子の現
像領域32におけるスリーブ表面の存在量が少なすぎる場
合、現像領域へのトナーの塗布量が低下し、濃淡ムラや
画像濃度低下を生じてしまう。スリーブ表面上の磁性粒
子の存在量は主にスリーブ22との間隙、固定磁石23のＮ
₁極の位置、Ｓ₁極の極力密度等によって調整できる。

本発明における磁性粒子の存在量の測定法を下記に述べ
る。まず、スリーブ上に磁性粒子のみによる磁気ブラシ
を形成し現像領域に相当する部分の磁性粒子を円筒ろ紙
をフィルターとして吸引し、その重さＭ（mg）を測定し
た。次に磁性粒子の吸引された後のスリーブ上の残りの
磁性粒子を透明な粘着テープでサンプリングし、吸引さ
れた磁性粒子の占有面積Ｓ（cm²）を求めた。磁性粒子
の存在量ｍ（mg/cm²）を下記の如く算出した。

ｍ＝M/S なお、現像領域とは潜像保持体と現像剤担持体との最接
近部を中心としてスリーブ周方向に前後10mm幅の領域を
いう。

点25位置における非磁性ブレード24の先端部と現像スリ
ーブ22面との前記間隙間隔ｄは50〜650μｍ、好ましく
は100〜600μｍである。この間隔ｄが50μｍより小さい
と、後述する磁性粒子が詰まり、スリーブを傷つける欠
点がある。また650μｍより大きいと、後述する非磁性
トナー及び磁性粒子が多量に漏れ出して、薄層が形成で
きなくなる。

第１図で26は磁性または非磁性ブレード24の上面側に下
面を接触させ、前端面をアンダカット面とした磁性粒子
循環域限定部材である。

27,28はトナー供給容器21内に順次に収容した磁性粒子
と非磁性トナーである。

トナー供給容器21の底板は、トナー保持部材たる現像ス
リーブ22の下方に延長位置させてトナーが外部に漏れな
いようにしてある。またこのトナーの外部への漏出の防
止をさらに確実ならしめるためにその延長底板の上面
に、漏出トナーを受け入れて拘束する漏出トナー捕集容
器部29と、延長底板の先端縁長手に沿って飛散防止部材
30を配設してある。この部材30には後述する電圧が印加
されている。

磁性粒子27は、一般に平均粒径が30〜100μｍ、好まし
くは40〜80μｍである。各磁性粒子は磁性材料のみから
成るものでも、磁性材料と非磁性材料との結合体でもよ
いし、二種以上の磁性粒子の混合物でも良い。そしてこ
の磁性粒子27をまずはじめにトナー供給容器21内に投入
することにより、その磁性粒子27が容器21内に臨んでい
るスリーブ面領域、すなわちスリーブ22を配設したトナ
ー供給容器21からの磁性粒子ないしはトナーの漏出を防
止するための磁性部材31から磁性粒子拘束部材たるブレ
ード24の先端部までのスリーブ面領域各部に、スリーブ
22内の磁石23による磁界により吸着保持され磁性粒子層
として該スリーブ面領域を全体的に覆った状態となる。
非磁性トナー28は上記磁性粒子27の投入後容器21内に投
入されることにより上記スリーブ22に対する第１層とし
ての磁性粒子層の外側に多量に貯溜して第２層として存
在する。

上記最初に投入する磁性粒子27は、磁性粒子に対しても
ともと約２〜70％（重量）の非磁性トナー28を含むこと
が好ましいが、磁性粒子のみとしても良い。また磁性粒
子27は一旦上記スリーブ面領域に磁性粒子層として吸着
保持されれば、装置振動や、装置をかなり大きく傾けて
も実質的に片寄り流動してしまうことはなく、上記スリ
ーブ面領域を全体的に覆った状態が保持される。

しかして容器21内に上記のように磁性粒子27と非磁性ト
ナー28を順次に投入収容した状態において、磁石23の磁
極Ｓ₂位置に対応するスリーブ表面付近の磁性粒子層部
分には磁極の強い磁界で磁性粒子の磁気ブラシが形成さ
れている。

また、磁性粒子規制部材たるブレード24の先端部近傍部
の磁性粒子層部分は、スリーブ22が矢印ｂ方向に回転駆
動されても重力と磁気力及びブレード24の存在による効
果に基づく規制力と、スリーブ22の移動方向への搬送力
との釣合によってスリーブ22表面の点25位置で溜り、多
少は動き得るが動きのにぶい静止層を形成する。

また、スリーブ22を矢印ｂ方向に回転させた時、磁極の
配置位置と磁性粒子27の流動性及び磁気特性を適宜選ぶ
ことによって、前記磁気ブラシは磁極Ｓ₂の付近で矢印
ｃ方向に循環し、循環層を形成する。該循環層におい
て、スリーブ22に比較的近い磁性粒子分はスリーブ22の
回転によって磁極Ｓ₂近傍からスリーブの回転下流側に
ある前記の静止層の上へ盛り上る。すなわち上部へ押し
上げる力を受ける。その押し上げられた磁性粒子分は、
ブレード24の上部に設けた磁性粒子循環域限定部材26に
より、その循環領域の上限を決められているため、ブレ
ード24上へ乗り上がることはなく、重力によって落下
し、再び磁極Ｓ₂近傍へ戻る。この場合スリーブ表面か
ら遠くに位置するなどして受ける押し上げ力の小さい磁
性粒子分は、磁性粒子循環域限定部材26に到達する前に
落下する場合もある。つまり該循環層では重力と磁極に
よる磁気力と摩擦力及び磁性粒子の流動性（粘性）によ
って矢印ｃのように磁性粒子の磁気ブラシの循環が行わ
れ、磁気ブラシはこの循環の際に磁性粒子層の上にある
トナー層から非磁性トナー28を逐次取込んで現像剤供給
容器21内の下部に戻り、以下スリーブ22の回転駆動に伴
いこの循環を繰返す。

本発明者らは、トナーへの滑らかな電荷付与を行なうた
めには、磁性粒子のＣ方向への循環とスリーブ面と磁性
粒子層との接触、摺擦が重要なことを見い出した。さら
にこれらの現象が磁性粒子の最大磁化（外部磁場5000
ｅでの磁化あるいはそれ以下の外部磁場での飽和磁化の
値）に大きく影響を受けることを見い出したのである。

すなわち、磁性粒子の最大磁化が大きいと、スリーブ上
の磁気ブラシとスリーブ内のマグネットとで形成される
磁界が大きくなり、磁性粒子とスリーブ表面との接触、
摺擦においては望ましいが、この磁界が強すぎるとマグ
ネットの磁極の強い部分に磁性粒子が強く拘束され、前
述のスリーブの回転による磁性粒子の循環運動が妨げら
れ、非磁性トナーの塗布層にスジやムラが発生し易くな
る。このため磁性粒子の循環運動の促進のためには磁界
は弱いほうが望ましい傾向もある。しかしながら、磁界
が弱すぎると現像領域32における潜像保持体への磁性粒
子の付着という問題が起こる可能性もある。トナーへの
電荷付与の均一性がより要求される反転現像において
は、この傾向は一層顕著であるため、磁性粒子の磁気特
性に関しても精密な制御が必要である。

現像バイアス電圧34はプラス側、マイナス側のピーク電
圧が同じ交番電圧またはこの交番電圧に直流電圧を重畳
したものが使用できる。例えば暗部潜像電位−600V、明
部潜像電位−50Vの静電潜像に対して、一例として、ス
リーブ22に直流電圧−500Vを重畳して交流成分を周波数
並びにピーク対ピーク電圧を変えて現像を行ったとこ
ろ、第４図のような相関図が得られた。

周波数1000Hz未満では磁性粒子の振動飛翔が充分でな
く、磁気ブラシ跡が現像画像に表われやすく好ましくな
い。また3000Hzを超えると、トナー、磁性粒子共に電界
に追随しなくなり、画像が薄くカブリやすい画像となり
好ましくない。縦線で影を付した領域はスリーブ−感光
体間で放電をしやすくなる領域であり、高地等気圧の低
い地域ではこの値はさらに低いものとなる。横線で影を
付した領域は背景部に地カブリを生じやすい領域であ
り、斜線で影を付した領域は、磁性粒子が充分に空隙を
飛翔しなくなる領域である。従って、これらのラインで
囲まれた領域で現像を行うことが好ましい。さらに画像
濃度階調性（カブリ，ラチチュード等）より、より好ま
しくは周波数は1.2〜2KHz、Ｖ_ppは800〜1500Vの領域が
好ましい。

さらに好ましくは1.4〜1.8KHz、1000〜1350V_ppの領域が
良い。同様にしてＳ−Ｄ（スリーブ−感光体）間隔を25
0〜700μｍに変えて同じ設定で現像を行った時、最も良
好な画像を得られたのは第１表に記載された交番電界を
印加したときであった。

同様な実験より実用上では周波数１〜2.2KHz、Ｖ_ppは80
0〜2200、Ｓ−D gap 250〜700μｍの範囲において、ほ
ぼ良好な画像が得られた。Ｓ−D gapを800μｍ以上にす
ると、交番電界電圧を高くしても細線の再現が悪くなり
好ましくない。

いずれにしても、Ｖ_ppの上限は、現像部の間隙放電限界
値で決まり、下限はスリーブ上及び磁性粒子上のトナー
の飛翔限界値で決められる。

上述のことを考慮に入れた場合、現像磁気ブラシ全体の
抵抗としては、潜像保持部材３に現像ブラシが接触した
状態で現像ブラシの厚み方向の抵抗が10⁸Ωcm以上であ
ることが好ましい。

なお、本発明で述べている磁性粒子・磁気ブラシの抵抗
値とは、第１図に示す現像装置により、現像スリーブ22
上に50mg/cm²磁性粒子の磁気ブラシを形成し、これに対
向して現像スリーブと間隙約300μｍを保った金属ドラ
ムを設け、これらと直列に約1MΩの抵抗を接続した回路
に、直流200Vの電圧を印加したときに流れる電流値より
算出して求めたものである。

ｂ）現像メカニズムの詳細以下本発明に係る現像法について現像部32での現象を記
述する。

第２図、第３図は本発明に係る反転現像方法について現
像部の拡大説明図である。50は潜像保持体上の暗部の潜
像電荷である。28は非磁性トナーである。34は直流成分
を重畳した交番電圧電源である。第２図はスリーブ22に
交番電圧のマイナス波形成分が加わった場合で、第３図
は交番電圧のプラス波形成分が加わった場合を示す。潜
像電荷の極性はマイナス、現像剤の極性はマイナスとし
て示してある。

現像ブラシ51の抵抗が比較的大きい（約10⁸Ωcmより
大）ため、現像ブラシ51自身の材質その他による電荷の
充放電時定数に依存して、現像ブラシ51にはトナー28と
の摩擦帯電電荷もしくは鏡映電荷、潜像保持体３上の潜
像電界及び潜像保持体３とスリーブ22間の交番電界によ
って注入される電荷が存在することになる。

潜像保持体３上の暗部の潜像電荷50による電界と交番電
界による電界とが一致しないとき、現像ブラシ51にはス
リーブ22方向に最大屈伏状態となる。

潜像保持体３上の潜像電荷による電界と交番電界による
電界の方向が一致したとき、現像ブラシ51の屈伏は小さ
くなり、潜像保持体へ接触する。

いずれにせよ上述のように交番電界によって現像ブラシ
51は微細な、しかし激しい振動状態となり、潜像保持体
上に余分に付着したカブリトナーは上記現像ブラシによ
って摺擦されて潜像保持体３から除去され、ブラシ上に
引き戻される。また、ブラシの上記振動により、トナー
はブラシ51から離脱し易くなり、潜像保持体３に供給さ
れ易くなるから、画像濃度も向上する。また、ブラシ51
の上記振動によりブラシ51内でトナーがほぐされ、これ
は画像濃度の向上やゴースト防止に寄与する。さらに、
この振動状態が激しい場合、磁気ブラシの一部がブラシ
ないしはスリーブ上から離脱し、潜像保持体とスリーブ
表面との間で往復運動を発生する。この往復運動するブ
ラシの運動エネルギーは大きく、効率良く、上述の振動
による効果が期待される。以上の現像部での磁性粒子の
挙動は、高速度カメラで１秒間に8000コマの高速度撮影
の結果、観測された現象である。

ｃ）材料の構成本発明に使用されるトナー塗布用磁性粒子としては、真
比重６以下で最大磁化50〜90emu/gのものであればすべ
て使用可能であり、例えば表面酸化または未酸化の鉄、
ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類等の金
属、及びそれらの合金または酸化物などが使用できる
が、好ましくは金属酸化物、より好ましくはフェライト
粒子が使用できる。またその製造方法として特別な制約
はない。

また、上記磁性粒子の表面を樹脂等で被覆する方法とし
ては、樹脂等の被覆材を溶剤中に溶解もしくは懸濁せし
めて塗布しキャリアに付着せしめる方法、単に粉体で混
合する方法等、従来公知の方法がいずれも適用できる。

キャリア表面への被覆樹脂としてはトナー材料により異
なるが、例えばポリテトラフルオロエチレン・モノクロ
ロトリフルオロエチレン重合体・ポリフッ化ビニリデン
・シリコーン樹脂・ポリエステル樹脂・ジターシャリー
ブチルサリチリ酸の金属錯体、スチレン系樹脂・アクリ
ル系樹脂・ポリアシド・ポリビニルブチラール、ニグロ
シン・アミノアクリレート樹脂・塩基性染料及びそのレ
ーキ・シリカ微粉末・アルミナ微粉末などを単独あるい
は複数で用いるのが適当であるが、必ずしもこれに制約
されない。

上記化合物の処理量は、キャリアが前記条件を満足する
よう適宜決定すれば良いが、一般には総量で本発明のキ
ャリアに対し0.1〜30重量％（好ましくは0.5〜20重量
％）が望ましい。

本発明で用いられるシリカ微粉体は乾式法及び湿式法で
製造される。

ここでいうシリカ微粉体には、無水二酸化ケイ素（シリ
カ）のほか、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、
ケイ酸カリウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸亜鉛など
のケイ酸塩をいずれも適用できる。

乾式法とは、ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により
生成するシリカ微粉体の製造法のことである。例えば、
四塩化ケイ素ガスの酸素水素中における熱分解酸化反応
を利用する方法では次の反応式で表わされる。

SiCl₄＋2H₂＋Ｏ₂→SiO₂＋4HCl また、この工程中、塩化アルミニウムまたは塩化チタン
など他の金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と
共に用いる事によって得られるシリカと他の金属酸化物
の複合微粉体も包含する。

乾式法により製造されたシリカ微粉体の市販品には次の
ようなものがある。

AEROSIL（アエロジル） 130 （日本アエロジル社） 200 300 380 OX50 TT600 MOX80 MOX170 COK84 Cab−Ｏ−SiL（キャブオージル）Ｍ−５ CABOT Co.（キャボット社） MS−７ MS-75 HS−５ EH−５ Wacker HDK N 20 V15 WACKER-CHEMIE GMBH N20E （ヴァッケルヘミエ GMBH 社） T30 T40 Ｄ−C Fine Silica（ファインシリカ）ダウコーニング社 Fransol（フランゾル） Fransil（フランジル社）一方、本発明に用いられるシリカ微粉体を湿式法で製造
する方法は、従来公知である種々の方法が適用できる。
たとえば、ケイ酸ナトリウムの酸による分解、一般反応
式で示せば（以下反応式は略す）、 Na₂O・XSiO₂＋HCl＋H₂O→SiO₂・_nH₂O＋NaCl その他、ケイ酸ナトリウムのアンモニア塩類またはアル
カリ塩類による分解、ケイ酸ナトリウムよりアルカリ土
類金属ケイ酸塩を生成せしめた後、酸で分解しケイ酸と
する方法、ケイ酸ナトリウム溶液をイオン交換樹脂によ
りケイ酸とする方法、天然ケイ酸またはケイ酸塩を利用
する方法などがある。

湿式法で合成されたケイ酸微粉体の市販品としては次の
様なものがある。

カープレックス塩野義製薬ニップシール日本シリカトクシール、ファインシール徳山曹達ビタシール多木製肥シルトン、シルネックス水沢化学スターシル神島化学ヒメジール愛媛薬品サイロイド富士デビソン化学 Hi-Sil（ハイシール） Pittsburgh Plate Glass Co. （ピッツバーグブレートグラス） Durosil（ドウロシール） Ultrasil（ウルトラシール） Fiillstoff-Gesellschaft Marquart （フュールストッフ・ゲゼールシャフトマルクオルト） Manosil（マノシール） Hardman and Holden （ハードマンアンドホールデン） Hoesch（ヘッシュ） Chemische Fabrik Hoesch K−Ｇ（ヒェミッシェ・ファブリークヘッシュ） Sil-Stone（シル−ストーン） Stoner Rubber Co. （ストーナーラバー） Nalco（ナルコ） Nalco Chem.Co. （ナルコケミカル） Quso（クソ） Philadelphia Quartz Co. （フィラデルフィアクォーツ） Santocell（サントセル） Monsanto.Chemical Co. （モンサントケミカル） Imsil（イムシル） Illinois Minerals Co. （イリノイスミネラル） Calcium Silikat（カルシウムジリカート） Chemische Fabrik Hoesch K−Ｇ（ヒェミッシェファブリークヘッシュ） Calsil（カルジル） Fiillstoff-Gesellschaft Marquart （フュールストッフ−ゲゼルシャフトマルクオルト） Fortafil（フォルタフィル） Imperial Chemical Industries Ltd. （インペリアルケミカルインダストリーズ） Microcal（ミクロカル） Joseph Crosfield ＆ Sons Ltd. （ジョセフクロフィールドアンドサンズ） Vulkasil（ブルカジール） Farbenfabriken Bayer,A.G. （ファルベンファブリーケンバイエル） Tufknit（タフニット） Durham Chemicals Ltd. （ドゥルハムケミカルズ）シルモス白石工業スターレックス神島化学フリコシル多木製肥上記シリカ微粉体のうち、BET法で測定した窒素吸着に
よる比表面積が30m²/g以上（特に50〜400m²/g）の範囲
のものが良好な結果を与える。

従来、トナーにケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化によ
り生成されたトリカ微粉体を添加する例は知られてい
る。しかしながら、この様なシリカを含有させても特に
高温高湿下においてシリカ自身が吸湿して帯電特性が低
下してしまい、カブリ、画像濃度低下などの画質劣化が
生じる。この傾向は、トナーの電荷保持のより均一な制
御を必要とする反転現像においては一層顕著であった。

そこで、上記の現象について研究した結果、従来のケイ
素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成されたシリカ
微粉体は特に高温高湿下において、帯電が不均一にな
り、トナー粒子から遊離しやすくなり、それ故、現像剤
の攪拌、分散性の低下が生じることを見出した。

そこで、本出願人はさらに安定で均一な攪拌、分散性を
有する現像剤を得る目的で詳細な検討をした結果、シリ
カ微粉体をシリコーンオイルで処理してトナーに含有さ
せるのが有効であることを見出した。すなわち、本構成
に基づくシリカ微粉体は、環境条件の変動によってもト
ナーの帯電性を乱すことなく、かつ流動性を向上させる
ことが可能なためトナーと磁性粒子は適度に付着し、適
度に摩擦帯電するため、磁性粒子が循環し、トナーを取
り込み、トナー担持体との間にトナーを押し付け、トナ
ー担持体上にもトナーを塗布し、現像残トナーをスクレ
ープする、という本発明の現像方式の機能を達成するこ
とが可能なことを見い出したのである。

本発明に用いられるシリコーンオイルとは、一般に次の
式により示されるものである。

好ましいシリコーンオイルとしては、25℃における粘度
がおよそ５〜5000センチストークスのものが用いられ、
例えばメチルシリコーンオイル、ジメチルシリコーンオ
イル、フェニルメチルシリコーンオイル、クロルフェニ
ルメチルシリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオ
イル、脂肪酸変性シリコーンオイル、ポリオキシアルキ
レン変性シリコーンオイルなどが好ましい。これらは１
種あるいは２種以上の混合物で用いられる。

シリコーンオイル処理の方法としては、公知の技術が用
いられ、例えばシリカ微粉体とシリコーンオイルとをヘ
ンシェルミキサー等の混合機を用いて直接混合しても良
いし、ベースシリカへシリコーンオイルを噴霧する方法
によっても良い。あるいは適当な溶剤にシリコーンオイ
ルを溶解あるいは分散せしめて後、ベースのシリカ微粉
体とを混合した後溶剤を除去して作成しても良い。

本発明に用いられるシリカ微粉体はシリコーンオイルで
処理されていることにより、現像剤に含有された場合、
現像剤のはさつ帯電量が安定で高く、かつ摩擦帯電量分
布がシャープで均一なる荷電性を示す様になる。シリカ
微粉体に対して処理するシリコーンオイルの好ましい重
量の比率は、15:85〜85:15であり、この比率を変化させ
ることによって、該シリカ微粉体を含有した現像剤の摩
擦帯電量の値を希望の値にすることができ、この比率を
任意に選択できる。また、用いるシリコーンオイルの種
類によっても異なる。シリコーンオイルの総量は、好ま
しくは、シリカ微粉体に対して、0.1〜30wt％、さらに
好ましくは、0.5〜20wt％であるのが望ましい。

また、これらの処理されたシリカ微粉体の適用量はトナ
ー重量に対して、0.01〜20％のときに効果を発揮し、特
に好ましくは0.03〜３％添加した際に優れた安全性を有
する帯電性を示す。添加形態について好ましい態様を述
べれば、現像剤重量に対して0.01〜５重量％の処理され
たシリカ微粉体がトナー粒子表面に付着している状態に
あるのが良い。

また、本発明に用いられるシリカ微粉体はシリコーンオ
イル処理前あるいはシリコーンオイル処理と同時に必要
に応じて従来公知の疎水化処理剤でさらに処理してもよ
く、その方法も公知の方法が用いられ、シリカ微粉体と
反応あるいは物理吸着する誘起ケイ素化合物などで化学
的に処理することによって付与される。

その様な有機ケイ素化合物の例は、ヘキサメチルジシラ
ザン、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、ト
リメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メ
チルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、
アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロ
ルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−ク
ロルエチルトリクロルシラン、β−クロルエチルトリク
ロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、トリ
オルガノシリルメルカプタン、トリメチルシリルメルカ
プタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメ
チルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ジメ
チルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、
ヘキサメチルジシロキサン、1,3−ジビニルテトラメチ
ルジシロキサン、1,3−ジフェニルテトラメチルジシロ
キサン等がある。これらは１種あるいは２種以上の混合
物で用いられる。

本発明に従って、シリコーンオイルで処理したケイ酸微
粉体を含有したトナーを使用した場合、トナーの摩擦帯
電が安定になり、さまざまな環境下においても均一な荷
電性を示す様になる。したがって、本発明に係るトナー
を用いると、カブリのない鮮明な高濃度の画像を得るこ
とができ、さらに、長期間の連続使用でも画像劣化を生
じない。また、高温高湿下及び低温低湿下でも鮮明な画
像を得ることができる。

一方、本発明に用いられるトナーの結着樹脂としては、
ポリスチレン、ポリｐ−クロルスチレン、ポリビニルト
ルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体；スチ
レン−ｐ−クロルスチレン共重合体、スチレン−プロピ
レン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、ス
チレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリ
ル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重
合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン
−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル
酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重
合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレ
ン−アクリル−アミノアクリル系共重合体、スチレン−
アミノアクリル系共重合体、スチレン−αクロルメタク
リル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共
重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、ス
チレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビ
ニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重
合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アク
リロイトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン
酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体な
どのスチレン系共重合体；ポリメチルメタクリレート、
ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸
ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステ
ル、ポリウレタン、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポリビ
ニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン変性ロジ
ン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族または脂環
族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィ
ン、パラフィンワックスなどが単独あるいは混合して使
用できる。

トナーにおいては、任意の適当な顔料や染料が着色剤と
して使用可能である。例えば、カーボンブラック、鉄
黒、フタロシアニンブルー、群青、キナクリドン、ベン
ジジンイエローなど公知の洗顔料がある。

また、荷電制御剤としてアミノ化合物、第４級アンモニ
ウム化合物および有機染料、特に塩基性染料とその塩、
ベンジルジメチル−ヘキサデシルアンモニウムクロライ
ド、デシル−トリメチルアンモニウムクロライド、ニグ
ロシン塩基、ニグロシンヒドロクロライド、サフラニン
γ及びクリスタルバイオレット、含金属染料、サリチル
酸含金属化合物等を添加しても良い。さらに本発明の効
果を妨げない程度に磁性粉を添加しても良い。

以上のトナーの構成は、一般に行われている混合−粉砕
法によるトナーに用いても良いし、マイクロカプセルト
ナーの壁材または芯材あるいはその両方に用いることも
可能である。

［実施例］以下実施例により本発明をさらに詳しく説明する。例で
示す部は重量部である。

現像装置としては第１図に示したものを使用した。

実施例装置において感光体ドラム３は矢印ａ方向に60mm
/秒の周速度で回転する。22は矢印ｂ方向に66mm/秒の周
速度で回転する外径32mm、厚さ0.8mmのステンレス（SUS
304）製のスリーブで、その摺動面は＃600のアランダム
砥粒を用いて不定型サンドブラストを施し、周方向表面
の粗面度を0.8μｍ（Ｒ_Z＝）にした。

一方、回転するスリーブ22内にはフェライト焼結タイプ
の磁石23を固定して配設し、磁極配置は第１図の如く、
表面磁束密度の最大値は、約800ガウスとした。

ブレード24は1.2mm厚の非磁性ステンレスを用いた。ブ
レード−スリーブ間隙は200μｍとした。

このスリーブ22に対向する感光体ドラム３表面には、静
電潜像として暗部−600Vで明部−150Vの電荷模様を形成
し、スリーブ表面との距離を300μｍに設定した。そし
て、上記スリーブに対し電源34により周波数1600Hz、ピ
ーク対ピーク値が1.4kVで、中心値が−450Vの電圧を印
加し反転現像を行なった。

実施例１ポリエステル樹脂 100部フタロシアニン顔料５部からなる平均粒径12μｍの青色粉末を作成した。さらに
BET法での比表面積200m²/gなる乾式シリカ微粉体100部
の表面を、ジメチルシロキサンよりなるシリコーンオイ
ル２部をスプレー法にて処理し、処理シリカを得た。

上記青色粉末100部と処理シリカ0.5部とを混合し、非磁
性トナーを得た。

また、磁性粒子としてスチレン−メチルメタクリレート
共重合体（電気抵抗10¹⁴Ωcm以上）で表面被覆したフェ
ライト粒子（粒径200〜300メッシュ間、真比重5.1、最
大磁化63emu/g）を用意した。

上記トナーと磁性粒子とを12:100の重量比率で混合し、
第１図の現像装置に適用して、現像部におけるスリーブ
上の磁性粒子の存在量ｍ＝45mg/cm²となるように設定し
て画像を出したところ、カブリのない階調性の良好な鮮
明な画像が得られ、画像反射濃度は1.48であった。

更に、感光体ドラム22上への磁性粒子の付着や、現像装
置からのトナー飛散はほとんど見られなかった。

さらに、現像剤の耐久性を調べるために10万枚の耐久を
行なったところ、初期と同様なカブリのない鮮明な画像
（画像濃度1.45）が得られた。一方、高温高湿の環境
（30℃、90％RH）下で同様に画出しを行なったところ、
画像濃度は1.40でカブリ等の問題のない画像が得られ
た。また、低温低湿の環境（10℃、10％）下でも鮮明で
カブリのない画像が得られた。

比較例１シリカ微粉体の表面をまったく処理しなかった以外はす
べて実施例１と同様に行なったところ、通常環境でも画
像反射濃度は低目であったが、高温高湿下ではさらにひ
どく、ほとんど画像の見えない状態であった。

実施例２フェニルメチルシリコーンよりなるシリコーンオイル３
部でBET比表面積300m²/gの乾式シリカ微粉体を処理し、
処理シリカを得た。

この処理シリカ0.3部と実施例１の青色粉末100部とを混
合し、トナーとした。さらにシリコーン樹脂で表面被覆
したフェライト粒子（粒径250〜350メッシュ間、真比重
4.9、最大磁化80emu/g）を磁性粒子として用い、以下実
施例１と同様に行なったところ、同様の良好な結果が得
られた。

実施例３アルキル変性シリコーンオイル１部でBET比表面積110m²
/gの湿式シリカ100部を処理し、処理シリカを得た。

この処理シリカ1.0部と実施例１の青色粉末100部とを混
合し、トナーとした。

さらに、磁性粒子としては、スチレン−ブチルタクリレート共重合体 80部マグネタイト微粉体 120部を混練・粉砕・分級して平均粒径60μｍとしたもの（真
比重2.4、最大磁化51emu/g）を用いた。

上記トナー10部と磁性粒子100部とを混合し、上記の装
置に投入してｍ＝12mg/cm²となるように設定して画像を
出したところ、実施例１と同様の良好な結果が得られ
た。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば簡単な構成により
磁性粒子を使用する現像装置において、少量の磁性粒子
を現像領域に介在させることで地カブリの無い、階調性
良好な、かつ負性特性の無い、良好な反転画質を得るこ
とができた。

また、現像に寄与するトナーをスリーブ上と磁性粒子上
とで効率良く分配し、その両者から飛翔現像させること
で、交番電界中においてほぼ100％近い現像効率を達成
することができた。これは現像装置構成として小型化・
簡素化を可能とするものである。

また、本発明で用いられる現像剤は、環境条件の変動に
かかわりなく、安定で均一な荷電性を示すことができ、
本発明の現像方法に適用するに及んで極めて良好な反転
現像性を示した。

また、少なくとも交番電界によって本発明に基づく磁性
粒子のブラシは潜像保持体と接触し、かつ振動すること
によって、潜像保持体上に付着した地カブリトナーを除
去することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る現像方法による現像装置の縦断正
面図、第２図,3図は本発明に係る現像方法における現像
部の拡大説明図、第４図は本発明における現像装置の現
像特性曲線の例を示す図である。３……潜像保持部材、21……現像剤供給容器、22……非
磁性スリーブ、23……固定磁石、24……磁性または非磁
性ブレード、26……磁性粒子循環域限定部材、27……磁
性粒子、28……非磁性トナー、29……現像剤捕集容器
部、30……飛散防止部材、31……磁性部材、32……現像
領域、34……バイアス電源、50……静電潜像、51……磁
気ブラシ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０３Ｇ 15/08 ５０７Ｌ 15/09 ＺＧ０３Ｇ 9/10 (72)発明者小林廣行東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者内田充東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開昭59−201063（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】潜像を保持するための潜像保持体と対向す
る現像剤担持体の現像領域で、現像剤担持体と潜像保持
体との間に交番電界を付与しながら潜像を非磁性トナー
で反転現像する反転画像形成方法において、真比重が６以下であり、かつ電気的絶縁性樹脂で被覆さ
れている最大磁化50〜90emu/gの磁性粒子によって、現
像剤担持体の現像領域に該磁性粒子の存在量が５〜80mg
/cm²となるように現像剤担持体表面上に磁気ブラシを形
成し、現像領域で、潜像保持体と磁気ブラシとを接触させなが
ら、現像剤担持体表面からシリコーンオイルで処理され
たシリカ微粉体を有する非磁性トナーを潜像保持体へ移
行させ、さらに、該磁気ブラシ表面からシリコーンオイ
ルで処理されたシリカ微粉体を有する非磁性トナーを潜
像保持体へ移行させ、潜像を非磁性トナーで反転現像することを特徴とする反
転画像形成方法。